碳酸氢铵加热分解反应实验的改进

张静

摘要： 传统的碳酸氢铵固体加热分解反应实验存在一定的不足。采用常见的球形干燥管、拇指试管及水浴加热等方法对该实验进行改进，利用二氧化碳和氨气在水中溶解能力的差异，有效分离产生的两种气体。改进后的实验装置简单，操作方便，现象明显，并可将该演示实验安排为学生独立操作的分组实验。

关键词： 碳酸氢铵分解； 实验改进； 球形干燥管； 拇指试管

文章编号： 10056629（2023）08006403中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 传统实验方法存在的不足

在沪教版《化学》九年级上册中，碳酸氢铵的受热分解实验，是学生进入化学学习后接触到的第一个课堂演示实验。教材中的实验方法，是将碳酸氢铵放置在敞口的蒸发皿中，在空气中用酒精灯进行加热（见图1）。该方法在实践中存在诸多不足，主要是：蒸发皿不透明，很难观察到实验现象；三种产物无法有效确认；生成的氨气直接扩散至空气中，对师生健康及环境造成一定的影响。因此，实际教学中大多数教师改为以在试管中加热碳酸氢铵的方式进行实验（见图2）。在试管中进行该实验时，学生能观察到试管内壁出现水雾，烧杯内的澄清石灰水变浑浊，但氨气的生成并没有明显的现象，只能借助打开试管口胶塞进行嗅闻的方式来确认。同时，该实验在试管中进行时，容易出现试管破裂，由于涉及到酒精灯等仪器的操作使用，无法让刚接触化学的学生亲自动手实验。

为了使该实验现象更加明显，操作更加简单易行，还能让学生亲手实践，

有效激发他们的学习兴趣，笔者利用球形干燥管和拇指试管等简单常见仪器，对该实验装置进行了改进。改进后的实验获得了2023年苏州市中学化学创新实验比赛一等奖。现介绍如下与大家分享。

2 仪器及药品

实验仪器：

球形干燥管1个（上口外直径18mm，下口外直径5mm，总长140mm）、拇指试管1个（直径10mm，总长70mm）、直角导管2个（5×5cm、 5×12cm）、乳胶管1根、单孔胶塞1个、药匙1把、烧杯2个（250mL， 100mL）、石棉网1个、弹簧夹1个

实验药品：

碳酸氢铵固体、变色硅胶（橙色）、无色酚酞试液、澄清石灰水、热水（沸水）

本实验所用变色硅胶为无钴橙色硅胶，主要成分为二氧化硅，是一种环保型干燥剂，具有很强的吸湿能力。其外观颜色会随着吸湿量的增加由橙色逐渐变成蓝绿色。

3 实验装置简图

实验装置简图如图3所示。

4 实验操作步骤、现象及原理

（1） 在大烧杯中倒入适量热水（接近沸水为宜），将球形干燥管小口朝下放入烧杯中。此时热水由球形干燥管小口进入，最终球形干燥管内液面与烧杯内液面齐平。

（2） 将盛有适量碳酸氢铵固体和橙色硅胶颗粒的拇指试管放入球形干燥管中，使得球形干燥管内液面高于药品最高面。用带有直角导管的单孔胶塞将球形干燥管大口塞住，并通过乳胶管与装有澄清石灰水的小烧杯相连。

（3） 碳酸氢铵35～60℃分解为二氧化碳、氨和水［1］。拇指试管内的碳酸氢铵受到水浴加热后迅速分解，固体表面产生大量气泡，使澄清石灰水变浑浊。由于产生的二氧化碳在热水中的逸出速率明显大于溶解速率，因此大量的二氧化碳通过导管进入澄清石灰水中，使得澄清石灰水出现明显的浑浊现象。

（4） 向大烧杯中滴加无色酚酞试液，烧杯内液体明显变红。由于氨气极易溶于水，产生的氨气大部分被球形干燥管内的水吸收，通过球形干燥管下口使得大烧杯中的水呈碱性。

（5） 用弹簧夹夹住乳胶管，球形干燥管内液面逐渐下降，大量气泡从球形干燥管小口逸出，大烧杯内液体红色逐渐变浅，并迅速退至无色。当乳胶管被弹簧夹夹住后，二氧化碳无法排出，只能在球形干燥管内聚积，使得球形干燥管内气压迅速增大，球形干燥管内的水被压回大烧杯中。同时，一部分二氧化碳在压力作用下溶于水中，使得溶液碱性减弱，酚酞试液由红色逐渐变浅，直至完全退色。

（6） 实验结束时，拇指试管内碳酸氢铵固体消失，留下较多无色液体，变色硅胶由橙色变为蓝绿色，证明有水生成。

5 注意事项

5.1 水温

温度是影响碳酸氢铵固体分解速率的重要因素。此实验适合在烧杯中加入沸水进行。

5.2 药品湿度

碳酸氢铵固体的分解速率还受药品本身湿度的影响。若取较为干燥的药品进行实验，反应速率明显变缓。

5.3 滴加无色酚酞试液的时机

本实验适宜在澄清石灰水明显浑浊时滴加无色酚酞试液，此时也正是氨气大量产生并溶于水的时候。若滴入时间过早，由于氨气生成量较少，烧杯中水溶液碱性较弱，红色不明显。若滴入时间过晚，则由于氨气挥发，水溶液的碱性已由强变弱，红色亦不明显。

6 实验改进后的优点

6.1 用热水浴的方式代替酒精灯加热进行实验

采用热水浴进行加热，既有易于控温、受热均匀等优点，又避免了酒精灯的使用，使得初学者也能上手操作。观察反应时，水和玻璃相互作用，形成放大效应，使整个实验过程与现象清晰明了。除加热固体外，烧杯中的水还可以有效吸收产生的氨气，有利于环保。

6.2 有效分离氨气与二氧化碳两种气体

二氧化碳气体在热水中，溶解能力有所减小，在热水中的逸出速率明显大于溶解速率［2］，因此实验中有大量二氧化碳气体从导管导出，进入澄清石灰水中；而氨气是一种极易溶于水的气体，实验中产生的氨气大部分被球形干燥管中的水吸收，使得水溶液显现碱性。

6.3 有效揭示二氧化碳气体与氨气的不同性质

二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；氨气溶于水呈碱性，使得无色酚酞试液变红，这些明显的实验现象揭示了两种气体的不同性质。当借助弹簧夹使得两种气体混合进入热水时，溶液颜色的变化可以激发学生对实验中生成气体的种类进行思考。借助这一实验现象，即使是初次接触化学的学生，也能判断出生成的气体不止一种，进一步可以推知这些气体在水中能显现出不同的性质，甚至可以相互作用，这就为今后进一步学习二氧化碳与氨气的相关知识埋下了伏笔。

6.4 用橙色变色硅胶验证水的生成

正式实验前，用硅胶可以干燥碳酸氢铵固体（反应物），避免对后续反应产物中出现水造成干扰。对比反应后拇指试管中出现的较多液体以及硅胶颗粒的颜色变化，可证明分解反应有水的生成。

7 小结

7.1 要站在学生视角设计实验

碳酸氢铵固体受热分解，会产生氨气、二氧化碳和水三种新物质，在常规实验设计中，由于无法将气体有效分离，只能采用相对独立的实验现象来分别说明三种物质的产生。例如：用无水硫酸铜的变蓝证明水的生成；用石灰水变浑浊证明有二氧化碳生成；用润湿的pH试纸或石蕊试纸的变色来证明氨氣的产生。这些对于具有一定化学知识的人来说，是顺理成章的。但我们面对的是刚接触化学的学生，并不知晓二氧化碳和氨气的相应性质。使澄清石灰水变浑浊的气体是否就是让石蕊试纸变色的那种气体呢？导管中究竟存在几种气体？这些都会使学生产生疑惑。我们在设计实验时要注意实验的严谨性，避免“先射箭后画靶”的思维模式。

7.2 实验设计要遵循装置简单、操作方便、现象直观、绿色环保的原则

实验是科学探究的重要形式和学习化学的重要途径。中学化学实验的重要意义在于让学生亲自动手，在实践中培养核心素养与化学思维，因此，实验改进或者创新的根本目的是服务于教学［3］。我们可以围绕球形干燥管等众多常规仪器，精心设计更多更好的、能让学生亲自动手的化学实验，从而帮助学生理解科学知识、学习科学方法、增强环保意识、养成合作习惯、树立节约理念，进而培养他们的创新精神和实践能力。

参考文献：

［1］周公度. 化学辞典［M］. 北京：化学工业出版社， 2003： 672.

［2］范玉英. 二氧化碳的性质探究实验新设计［J］. 化学教学， 2023， （3）： 80.

［3］杨剑春. 浅谈初中化学实验改进［J］. 化学教与学， 2020， （7）： 75.